close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY15451

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2012.02.28
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 15451
(13) C1
(19)
H 01L 31/18
C 23C 28/00
C 30B 29/46
(2006.01)
(2006.01)
(2006.01)
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
НА ОСНОВЕ ТОНКОПЛЕНОЧНОЙ СТРУКТУРЫ CdS/SnS
(21) Номер заявки: a 20101301
(22) 2010.09.03
(71) Заявитель: Государственное научнопроизводственное объединение "Научно-практический центр Национальной
академии наук Беларуси по материаловедению" (BY)
(72) Авторы: Гременок Валерий Феликсович (BY); Иванов Василий Алексеевич
(BY); Башкиров Семен Александрович
(BY); Унучек Денис Николаевич (DE)
(73) Патентообладатель: Государственное
научно-производственное объединение "Научно-практический центр
Национальной академии наук Беларуси по материаловедению" (BY)
(56) GHOSH B. et al. Solar Energy Materials
& Solar Cells. - 2008. - V. 92. - P. 10991104.
RU 2347299 C1, 2009.
EP 0054403 A3, 1982.
BY 11399 C1, 2008.
BY 11393 C1, 2008.
BY 15451 C1 2012.02.28
(57)
Способ получения солнечных элементов на основе тонкопленочной структуры
CdS/SnS, при котором на токопроводящую подложку термическим вакуумным напылением методом "горячей стенки" наносят слой SnS при температуре подложки 280-300 °С в
течение 15-30 мин с использованием трубки из кварцевого стекла, имеющей температуру
590 ± 10 °С, химически осаждают на полученный слой SnS слой CdS, на который затем
последовательно методом магнетронного распыления наносят высокоомный и низкоомный слои ZnO и алюминиевый контакт.
Изобретение относится к области технологических процессов в полупроводниковой
электронике и может быть использовано для создания солнечных элементов.
Известен способ создания солнечных элементов на основе структуры CdS/SnS, заключающийся в химическом осаждении CdS из водного раствора, содержащего ацетат кадмия, цитрат натрия, аммиак и тиомочевину, на поверхность стекла, предварительно
покрытого тонкопленочным токопроводящим слоем, при температуре 80 °С в течение 2 ч
с последующим химическим осаждением SnS на поверхность полученных слоев CdS из
водного раствора, содержащего SnCl2, ацетон, триэтаноламин, тиоацетамид и аммиак, при
температуре 40 °С в течение 6 ч [1]. Солнечные элементы, полученные данным способом,
характеризуются током короткого замыкания JSC = 1,23 мА/см2, напряжением холостого
хода UOC = 370 мВ, фактором заполнения FF = 0,44 и КПД = 0,2 % при интенсивности падающего света 1 кВт/м2.
Недостатками данного способа являются длительность процесса получения структуры
и необходимость использования ряда дополнительных химических реактивов.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ создания
солнечных элементов на основе тонкопленочной структуры CdS/SnS, при котором слои
BY 15451 C1 2012.02.28
CdS и SnS получают методом термического вакуумного напыления [2]. Слой CdS напыляют на поверхность стеклянной подложки, предварительно покрытой токопроводящим
слоем, путем испарения порошка сульфида кадмия при температуре подложки 180 °С в
высоком вакууме, после чего полученные пленки обрабатывают раствором CdCl2 на воздухе при температуре 550 °С. Пленку SnS напыляют на поверхность слоя CdS путем испарения
порошка SnS при давлении 10-6 мбар. Полученную структуру подвергают температурной
обработке при 250 °С в течение 2 ч. В качестве омического контакта на структуру наносят
серебряную пасту [2]. Полученные данным способом солнечные элементы характеризуются UOC = 274 мВ, JSC = 0,753 мА/см2, FF = 0,4 и КПД = 0,08 %.
Недостатками прототипа являются низкий КПД, а также длительность процесса получения структуры.
Задачей изобретения является увеличение КПД солнечного элемента, а также уменьшение длительности и упрощение процесса получения структуры.
Поставленная задача решается тем, что на токопроводящую подложку термическим
вакуумным напылением методом "горячей стенки" наносят слой SnS при температуре
подложки 280-300 °С в течение 15-30 мин с использованием трубки из кварцевого стекла,
имеющей температуру 590 ± 10 °С, химически осаждают на полученный слой SnS слой
CdS, на который затем последовательно методом магнетронного распыления наносят высокоомный и низкоомный слои ZnO и алюминиевый контакт.
Сущность изобретения заключается в том, что слои SnS наносят методом "горячей
стенки" при давлении 10-6 мбар, температуре стенок 590 ± 10 °С и температуре подложки
280-300 °С в течение 15-30 мин, а также в использовании двух слоев ZnO и алюминиевого
контакта.
Способ получения солнечных элементов включает следующие стадии:
нанесение слоя SnS методом "горячей стенки" на стекло с предварительно нанесенным тонкопленочным токопроводящим слоем (молибден);
осаждение на поверхность пленки SnS химическим методом токопленочных слоев
CdS толщиной 50 нм;
напыление методом магнетронного распыления двух слоев ZnO (высокоомный и низкоомный) толщиной 100 и 300 нм соответственно;
напыление методом магнетронного распыления слоя алюминия в качестве верхнего
токосъемного контакта.
На первом этапе напыление SnS методом "горячей стенки" осуществляется с помощью кварцевой трубки диаметром 1,2 см и длиной 10 см, внутри которой происходит перенос паров от источника вещества (порошка SnS) к подложке. Напыление производится
при давлении порядка 10-6 мбар Температура трубки поддерживается около 590 ± 10 °С.
Выбор температуры трубки определяется необходимостью эффективного сублимационного испарения напыляемого материала. При температурах трубки менее 580-600 °С состав
пара SnS наряду с молекулами SnS может содержать молекулы простых веществ олова и
серы, а также Sn2S3 и SnS2, что приводит к нарушению стехиометрии пленки SnS. При
температурах более 600 °С происходит плавление порошка SnS. Трубка и подложка, помещенная на расстоянии 1 мм от открытого края трубки, нагреваются независимо. Температура подложек может варьироваться от 280 до 300 °С. Выбор температуры подложки
обусловлен спецификой формирования пленок SnS. Установлено, что при температурах
подложки менее 280 °С фазовый состав пленок наряду с основной фазой SnS содержит
также нежелательные побочные фазы сульфидов олова SnS2 и Sn2S3. При температурах
подложки выше 280 °С получаемые пленки являются однофазными. Время напыления составляет от 15 до 30 мин в зависимости от необходимой толщины слоя. Толщина слоя SnS
определяется временем напыления и изменяется в пределах от 1,5 мкм при напылении в
течение 15 мин до 2,5 мкм при напылении в течение 30 мин.
2
BY 15451 C1 2012.02.28
На втором этапе осаждение на поверхность пленок SnS слоев CdS осуществляется химическим методом с использованием трехкомпонентного водного раствора, содержащего
1 моль/л аммиака, 1,4⋅10-3 моль/л йодида или сульфата кадмия и 0,14 моль/л тиомочевины.
Обработка раствором проводится в течение 4 мин при температуре 60 °С.
На третьем этапе напыление двух слоев ZnO (высокоомный и низкоомный) осуществляется методом магнетронного распыления из цинковых мишеней в атмосфере аргона с
добавкой 10 % кислорода.
На четвертом этапе напыление алюминия осуществляется методом магнетронного
распыления из алюминиевой мишени в атмосфере аргона.
Данная последовательность технологических стадий позволяет получать солнечные
элементы, характеризующиеся JSC = 3,64 мА/см2, UOC = 125 мВ, FF = 0,29 и КПД = 0,25 %.
На фиг. 1 представлено SEM-изображение скола солнечного элемента на основе
структуры CdS/SnS.
На фиг. 2. представлена нагрузочная вольт-амперная характеристика солнечного элемента при интенсивности освещения 57 мВт/см2.
Преимуществом заявленного способа создания солнечных элементов по отношению
к известным является увеличение КПД более чем в 3 раза, уменьшение длительности и
упрощение процесса создания солнечных элементов.
Источники информации:
1. Avellaneda David, Nair M.T.S., Nair P.K. Photovoltaic structures using chemically deposited tin sulfide thin films // Thin Solid Films. - 2009. - Vol. 517. - P. 2500-2502.
2. Ghosh B., Das M., Banerjee P., Das S. Fabrication of vacuum-evaporated SnS/CdS heterojunction for PV applications // Solar Energy Materials & Solar Cells. - 2008. - Vol. 92. P. 1099-1104.
3. Lopez-Otero A. Hot wall epitaxy // Thin Solid Films. - 1978. - Vol. 49. - P. 3-57.
Фиг. 1
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
3
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
341 Кб
Теги
патент, by15451
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа